Высокоэффективные системы: цели и задачи

Стратегические задачи, стоящие перед водным хозяйством Беларуси, вынуждают к поиску новых подходов для совершенствования процессов проектирования, строительства и эксплуатации артезианских скважин. Водозаборные сооружения являются первым элементом системы водоснабжения населенного пункта, промышленного предприятия или сельскохозяйственного объекта, поэтому от правильного проектирования, строительства и эксплуатации этих сооружений будет зависеть надежность подачи воды определенного качества конечному потребителю. Поскольку снижение энергопотребления для потребителей является приоритетной задачей, экономическая эффективность водного хозяйства в целом напрямую связана с использованием электронасосных агрегатов.

В структуре затрат на производство услуг водоснабжения одними из основных показателей являются расходы на электроэнергию, составляющие    25,3 %, из них доля затрат на подъем воды из водозаборных скважин, составляет по разным регионам 17–19,2 % и более [Электронный ресурс 1]. На схеме ниже представлен удельный вес затрат электроэнергии в составе экономически обоснованных затрат на услуги водоснабжения.

По состоянию на 1 января 2017 г. в отрасли жилищно-коммунального хозяйства Республики Беларусь эксплуатируется 10 тыс. 197 артезианских скважин, а всего более 40 тыс., 598 станций обезжелезивания воды, 38 тыс. 200 км водопроводных сетей. Обеспеченность населения водой питьевого качества составляет 86,7 %. Этот результат получен в ходе выполнения программы «Чистая вода», которая реализовывалась в три этапа с 2002 по 2015 г. [Источник 2].

Четвертый этап по совершенствованию качества водоснабжения обозначены в Государственной программе «Комфортное жилье и благоприятная среда» на 2016-2020 годы. Вместе с тем, требуется дальнейшая реконструкция систем водоснабжения республики – строительство станций обезжелезивания, замена аварийных участков систем водоснабжения и водоотведения, реконструкцию очистных сооружений. В частности, в населенных пунктах с численностью свыше 100 человек до 2025 г. нужно построить 1 тыс. 232 станции обезжелезивания, планируется заменить более 4,5 тыс. км водопроводных сетей, потребность в реконструкции очистных составляет более 500 сооружений.

Система водоснабжения состоит из множества элементов. Основными элементами являются электронасосный агрегат, трубопровод, запорно-регулирующая арматура, резервуары и баки. От того, насколько работа всех элементов системы согласована, зависит гидравлическое сопротивление, расход жидкости и  эффективность работы сети в целом.

К основным факторам, определяющим эффективность работы системы водоснабжения, обеспечивающий стабильность КПД системы подачи воды, следует отнести: правильный подбор насосного оборудования и энергоёмкость погружных электронасосных агрегатов, состояние системы водоснабжения и уровень автоматизации управления технологическим процессом подъёма воды.

Эффективность агрегата электронасосного погружного в первую очередь определяется его правильным подбором, проведенным с учетом всех особенностей технологического процесса подъёма воды. Поэтому основой эффективного использования агрегата является согласование характеристик насоса и сети. Точка пересечения характеристики насоса и характеристики сети называется рабочей точкой. Нахождение рабочей точки в рабочем диапазоне (рабочей области), лежащем в пределах 70…120 % от номинальной подачи насоса, обеспечивает работу насоса с максимальным КПД, что позволяет эксплуатировать насос с высокой эффективностью и надежностью.

В технологическом процессе водоснабжения в основном применяют электронасосные агрегаты с асинхронным электродвигателем, которые и являются потребителем электроэнергии – основной расходной частью затрат на подъем воды. Сложившаяся к настоящему времени практика свидетельствует о случаях крайне неэффективной эксплуатации водозаборного оборудования. Известны случаи, когда КПД электронасосных агрегатов не превышает 10-20 %, в то время как КПД установленных в них насосных агрегатов составляет более 60 %. С программой производства погружных скважинных насосов в ОАО «Завод Промбурвод» можно ознакомиться здесь [Электронный ресурс 4].

С 2017 года для водоснабжения в Республике Беларусь стали применяться погружные скважинные электронасосные агрегаты с синхронным приводом. Синхронные электродвигатели с ротором на постоянных магнитах имеют ряд преимуществ по сравнению со стандартными асинхронными электродвигателями. Они генерируют крутящий момент за счет магнитного поля, создаваемого постоянными магнитами. Это снижает потери энергии и позволяет добиться более высокого КПД. Электронасосные агрегаты с синхронными двигателями характеризуются высокой энергоэффективностью.

Для обеспечения энергосбережения, сокращение удельных затрат и снижения себестоимости подачи качественной питьевой воды из артезианских скважин, ОАО «Завод Промбурвод» разработало и предлагает высокоэффективную систему подачи воды для водозаборных скважин, состоящую из скважинного агрегата с синхронным электродвигателем с ротором на постоянных магнитах и станции управления и защиты с телеметрией. Это станция беспроводной передачи данных о ситуации на объекте на диспетчерский пункт в единую централизованную систему потребителя и предоставления управления системой оператору диспетчерской службы. Этот комплект оборудования назван высокоэффективной системой подачи воды, с преимуществами которой можно ознакомиться [Электронный ресурс 5].

Создание высокоэффективных систем подачи воды из водозаборных скважин даёт возможность получить:

• снижения на 9 % и более потребляемой из сети электрической энергии;
• уменьшения на 10 % и более эксплуатационных расходов;
• увеличения в 1,5 раза и более срока службы оборудования.

Для достижения поставленной задачи необходимо применение эффективного насосного оборудования, обладающего более высоким КПД. К эффективному оборудованию относятся синхронные электродвигатели на постоянных магнитах, которые являются менее энергоемкими в сравнении с существующими асинхронными приводами, а также высокотехнологичные насосы с высоким (до 80 %) КПД. Синхронные электродвигатели отличаются более высоким КПД – до 93 %, и соответственно, полезной нагрузкой. Изменение нагрузки приложенной к валу ротора двигателя не оказывает влияния на частоту его вращения, при ударных нагрузках сохраняется постоянство частоты вращения двигателя и рабочей части насоса, что позволяет повысить эффективность и надежность выполнения технологического процесса электронасосным агрегатом.

Основными задачами, решаемыми автоматизацией объектов водоснабжения, являются: оптимизация работы объектов со снижением потребления электрической энергии, утечек и затрат на обслуживание за счет сокращения штата и снижения требований к квалификации персонала.

Применение высокоэффективных систем подачи воды с управлением технологическим процессом посредством автоматизированных систем удалённого мониторинга, дает возможность достичь достаточно высокого, стабильного КПД насосного оборудования и системы подъема и подачи воды потребителю в процессе эксплуатации. Именно такой подход позволяет получить экономический эффект от снижения потребляемой из сети электрической энергии и добиться существенного уменьшения эксплуатационных расходов и увеличения срока службы оборудования. В заключение следует отметить актуальность создания и применения на водозаборных скважинах водоподъемного оборудования с синхронным приводом на постоянных магнитах.

А.С. Козорез
28.01.2022г.